Εργαστήριο Φυσικών Επιστημών Γυμνασίου Δρεπάνου Η φυσική με πειράματα Α Γυμνασίου Φύλλο Εργασίας 11 Από τον Ηλεκτρισμό στο Μαγνητισμό Ένας Ηλεκτρικός (ιδιο-)κινητήρας Επεξεργασία-Απαντήσεις δραστηριοτήτων και ερωτημάτων των φύλλων εργασίας του σχολικού βιβλίου Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 1
Φύλλο Εργασίας 11 Από τον Ηλεκτρισμό στο Μαγνητισμό Ένας Ηλεκτρικός (ιδιο-)κινητήρας α. Παρατηρώ, Πληροφορούμαι, Ενδιαφέρομαι Αυτή η μαθηματική εξίσωση, με τα περίεργα σύμβολα, διδάσκεται στο πανεπιστήμιο. Στο δημοτικό σχολείο την έχετε εκφράσει με λόγια, "από τον ηλεκτρισμό στο μαγνητισμό". Έχετε μάλιστα κάνει και σχετικά πειράματα. Θα τη διδαχθείτε και εσείς, πολύ αργότερα, έτσι. Είναι ένα παράδειγμα θέματος που διδάσκεται με διαφορετικούς τρόπους σε κάθε βαθμίδα εκπαίδευσης. Σε αυτήν την περίεργη μαθηματική εξίσωση βασίζεται η λειτουργία των ηλεκτρικών κινητήρων που κινούν πολλές μηχανές και συσκευές και έχουν συμβάλει στη δημιουργία του σημερινού τεχνολογικού μας πολιτισμού. Παρατήρησε τις παρακάτω εικόνες και ξεχώρισε ποιες από αυτές τις μηχανές, τις συσκευές ή τα εργαλεία κινούνται ή λειτουργούν με ηλεκτρικούς κινητήρες. ΑΠΑΝΤΗΣΗ Στις παραπάνω εικόνες χρήση ηλεκτροκινητήρων έχουμε: στα υποβρύχια, στα ηλεκτροκίνητα αυτοκίνητα, στα βενζινοκίνητα αυτοκίνητα (μίζα), στους ανεμιστήρες, στα ηλεκτρικά τρυπάνια και στα ηλεκτρικά ρολόγια. Η τελευταία εικόνα μας δείχνει ηλεκτρογεννήτριες σε λειτουργία. Στην περίπτωση αυτή υπάρχει κινητήρας-μετατροπέας της κινητικής ενέργειας σε ηλεκτρική. Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 2
β. Συζητώ, Αναρωτιέμαι, Υποθέτω Συζήτησε με τους συμμαθητές σου για τον τρόπο λειτουργίας των ηλεκτρικών κινητήρων και γράψε τις υποθέσεις σου. Οι ηλεκτρικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται σε συσκευές και μηχανήματα στα οποία έχουμε μετατροπή της ηλεκτρικής ενέργειας σε κινητική. Το ηλεκτρικό ρεύμα όταν περάσει από ένα σύρμα-πηνίο δημιουργεί ηλεκτρομαγνήτη. Η λειτουργία των κινητήρων στηρίζεται στις δυνάμεις που δημιουργούνται μεταξύ ηλεκτρομαγνητών, είτε μεταξύ μαγνητών και ηλεκτρομαγνητών. γ. Ενεργώ, Πειραματίζομαι Συγκέντρωσε τα απαραίτητα υλικά και όργανα, κατασκεύασε έναν απλό ηλεκτρικό κινητήρα ακολουθώντας τις οδηγίες και πειραματίσου: Υλικά / όργανα: μπαταρία 1,5 volt, 2 μεταλλικές παραμάνες, κολλητική ταινία, 2 κυλινδρικοί ισχυροί μαγνήτες, μονωμένο χάλκινο καλώδιο (2 μέτρα), κοπίδι Ιδιοκατασκευή / Πείραμα Τύλιξε το καλώδιο γύρω από τη μπαταρία όπως στη διπλανή εικόνα περίπου 15 με 20 φορές, ώστε να δημιουργηθεί ένα μικρό πηνίο. Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 3
Αφαίρεσε το πηνίο από την μπαταρία και τύλιξε τα άκρα του πηνίου αντιδιαμετρικά στο πηνίο, όπως στη διπλανή εικόνα. Με το κοπίδι ξύσε το ένα άκρο του καλωδίου σε όλη του την επιφάνεια και το άλλο μόνο την μια πλευρά. Στερέωσε τις παραμάνες στα άκρα της μπαταρίας με την κολλητική ταινία, όπως στη διπλανή εικόνα. Τοποθέτησε τους μαγνήτες στο κέντρο της μπαταρίας και πέρασε το κάθε άκρο του σύρματος του πηνίου μέσα από το πάνω κυκλικό άκρο κάθε παραμάνας, όπως στη διπλανή εικόνα. Τι παρατηρείς; ΑΠΑΝΤΗΣΗ Το πηνίο αρχίζει να περιστρέφεται Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 4
δ. Συμπεραίνω, Καταγράφω Το διπλωμένο σύρμα έχει σχηματίσει πηνίο. Όταν μέσα από το πηνίο περάσει το ηλεκτρικό ρεύμα που δίνει η μπαταρία, μετατρέπεται σε ηλεκτρομαγνήτη. Μεταξύ του ηλεκτρομαγνήτη και του φυσικού μαγνήτη που έχουμε τοποθετήσει κάτω από το πηνίο, ασκούνται μαγνητικές δυνάμεις. Οι δυνάμεις αυτές αναγκάζουν το πηνίο να περιστραφεί. ε. Εφαρμόζω, Εξηγώ, Γενικεύω Αναζήτησε κι άλλες ηλεκτροκίνητες συσκευές. Αφαιρώντας με την άδεια του/της καθηγητή/τριάς σου το περίβλημα κάποιων από αυτές οι οποίες έχουν αχρηστευθεί και ΔΕΝ είναι συνδεδεμένες στον ρευματοδότη (πρίζα), εντόπισε την ηλεκτρική πηγή και τον τρόπο τροφοδοσίας τους με ηλεκτρικό ρεύμα. Αναγνώρισε τα διάφορα τμήματα του ηλεκτρικού τους κινητήρα (πηνίο, μαγνήτες, άξονας περιστροφής ) γενικεύοντας τα συμπεράσματά σου. ΑΠΑΝΤΗΣΗ: Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 5
ΑΠΑΝΤΗΣΗ: περισσότερα-animation : http://physiclessons.blogspot.gr Ζωγράφισε πρόχειρα τα διάφορα τμήματα ενός από τους παραπάνω ηλεκτρικούς κινητήρες και ονόμασέ τα. ΑΞΟΝΑΣ ΜΑΓΝΗΤΗΣ ΠΗΝΙΟ Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 6
Σχολίασε τη συμβολή των ηλεκτρικών κινητήρων στη διαμόρφωση του σημερινού τεχνολογικού πολιτισμού μας και στη βελτίωση της ποιότητας της ζωής μας. ΑΠΑΝΤΗΣΗ: Παρατηρώντας τις συσκευές και τα μηχανήματα που μετατρέπουν την ηλεκτρική ενέργεια σε κινητική και χρησιμοποιούνται καθημερινά από τον άνθρωπο αντιλαμβανόμαστε τη διαμόρφωση του σημερινού τεχνολογικού μας πολιτισμού και τη βελτίωση της ποιότητας ζωής μας. Πώς θα ήταν η καθημερινότητά μας χωρίς: Αυτοκίνητο (χρήση ηλεκτροκινητήρα-μίζα) Προϊόντα που παράγονται σε εργοστάσια (όσα εργοστάσια λειτουργούν με Ντήζελ παράγουν ηλεκτρική ενέργεια η οποία στη συνέχεια μετατρέπεται σε κινητική) Έντυπα (κινητήρες περιστροφής χαρτιού στο τυπογραφείο και όχι μόνο) Νερό στο σπίτι μας (άντληση νερού και μεταφορά μέσω δικτύων ύδρευσης) Καλοριφέρ (μετακίνηση ζεστού νερού στο δίκτυο θέρμανσης) Μετρό (κινητήρες συρμών) Τρόλεϊ (κινητήρες αμαξώματος) Ασανσέρ (κινητήρες ιμάντων) Ανεμιστήρες (κινητήρες πτερυγίων) Γερανούς (κινητήρες συρματόσχοινου) Ηλεκτρονικούς υπολογιστές (κινητήρες ψύξης) εκτυπωτές (κινητήρες περιστροφής χαρτιού).μπορούμε να γεμίσουμε ολόκληρο φυλλάδιο με τις εφαρμογές κινητήρων στην καθημερινότητά μας. Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 7
Στους περισσότερους ηλεκτρικούς κινητήρες του εμπορίου, σε ειδικά μεταλλικά πλαίσια αναγράφονται τα χαρακτηριστικά στοιχεία της λειτουργίας τους. Πληροφορήσου, συζήτησε με τον/την καθηγητή/τριά σου και γράψε τι σημαίνουν, για παράδειγμα: 220 / 380 V Η ένδειξη αναφέρεται στην τάση λειτουργίας του ηλεκτροκινητήρα. 50 Hz Η ένδειξη αναφέρεται στην συχνότητα του εναλλασσόμενου ηλεκτρικού ρεύματος για να λειτουργήσει ο ηλεκτροκινητήρας. 2,75 A Η ένδειξη αναφέρεται στην ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος που διαρρέει τον ηλεκτροκινητήρα κατά τη λειτουργία του. 1.400 RPM Η ένδειξη αναφέρεται στις στροφές του άξονα του ηλεκτροκινητήρα ανά λεπτό. 1,1 kw / 1,5 HP Η ένδειξη αναφέρεται στην ισχύ του ηλεκτροκινητήρα. Γ.Ι.Δρίτσας-2014 ΣΕΦΕ-Γυμνασίου Δρεπάνου Σελίδα 8